基于建筑信息模型(BIM)的城市軌道交通線路快速建模方法*

白嬌嬌 呂希奎，2 孫培培

(1. 石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，050043,石家莊；2.河北省交通安全與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，050043,石家莊,第一作者,碩士研究生)

0 引言

以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑信息模型(BIM)技術(shù)，集成了工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，具有多維化和協(xié)同性等特點(diǎn)，并貫穿設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)整個(gè)工程生命周期,對(duì)提高城市軌道交通設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營水平，促進(jìn)軌道交通設(shè)計(jì)全面信息化和可視化，具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1]。國內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)城市軌道交通工程項(xiàng)目正積極推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用[2-7]。

城市軌道交通線路作為一種典型的長帶狀線形工程，涉及的專業(yè)多、模型復(fù)雜、模型數(shù)據(jù)量極大，在應(yīng)用BIM技術(shù)過程中，面臨著以下兩個(gè)關(guān)鍵問題需要解決：

1) 在城市軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)中，通常需要對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷的修改完善,因此，對(duì)于大量復(fù)雜構(gòu)件族，單純手工利用BIM軟件建模方式存在建模和修改工作量大、效率低，模型拼裝困難，不能滿足不斷修改完善設(shè)計(jì)的要求。

2) 城市軌道交通一般長為幾十km，所涉及的完整的BIM數(shù)據(jù)量極大,目前即使高端圖形工作站在顯示和加載大數(shù)據(jù)量的復(fù)雜BIM時(shí)，也存在加載過程慢、瀏覽顯示卡滯等問題，嚴(yán)重影響模型的應(yīng)用。

針對(duì)上述問題，采用Revit BIM軟件平臺(tái)及其參數(shù)化技術(shù)，并利用其二次開發(fā)技術(shù)、參數(shù)建模方法、構(gòu)件參數(shù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)技術(shù)和線路區(qū)間自動(dòng)劃分方法等，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線路構(gòu)件族的快速創(chuàng)建和線路整體BIM的自動(dòng)拼裝。提高城市軌道交通線路設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為解決城市軌道交通BIM應(yīng)用提供解決方案。

1 Revit軟件二次開發(fā)環(huán)境建立

Revit軟件作為目前一種主流的BIM軟件，具有強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，使用二次開發(fā)技術(shù)可以解決或者簡化很多人工不能完成的操作。特別是重復(fù)量較大、規(guī)律性很強(qiáng)的工作，能夠大大簡化相應(yīng)的過程，高效、快速的實(shí)現(xiàn)需求功能。利用Revit API軟件、C#語言進(jìn)行Revit軟件的二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)族模型的自動(dòng)創(chuàng)建和搭建。

1.1 Revit軟件二次開發(fā)工具及開發(fā)方式

Revit軟件的二次開發(fā)需要三個(gè)必要條件，分別是Revit系列產(chǎn)品、Revit SDK以及Visual Studio軟件。Revit API有兩種開發(fā)工具：VSTA(Visual Studio Tools for Application)和Visual Studio。兩種開發(fā)工具對(duì)比如表1所示。

表1 Revit API的兩種開發(fā)工具

有兩種方式來擴(kuò)展Revit的功能，即外部命令方式和外部應(yīng)用方式。兩種方式如下:

1) 外部命令方式:從IExternalCommand接口派生，重載IExternalCommand.Execute()的方法添加功能代碼來實(shí)現(xiàn)命令，應(yīng)用最為廣泛。

2) 外部應(yīng)用方式:從IExternal Application接口派生。該方式可以添加菜單、工具條或者其他的初始化命令，在啟動(dòng)及關(guān)閉Revit的時(shí)候自動(dòng)執(zhí)行，應(yīng)用較少。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)流程

以Visual Studio 2010為開發(fā)平臺(tái)，采用外部命令I(lǐng)External Command接口派生方法的Revit軟件二次開發(fā)流程如圖1所示。

圖1 Revit軟件二次開發(fā)流程

2 城市軌道交通線路結(jié)構(gòu)部件建模

城市軌道交通線路結(jié)構(gòu)部件主要包括橋梁、隧道、道床、軌枕、鋼軌、扣件等。利用Revit軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線路BIM應(yīng)用及模型拼裝，首先構(gòu)建線路結(jié)構(gòu)部件的族，完成構(gòu)件參數(shù)化建模。一種方式是利用Revit軟件平臺(tái)，手工完成建模;另外一種方式是通過BIM二次開發(fā)，通過程序自動(dòng)創(chuàng)建線路構(gòu)件族。

2.1 線路結(jié)構(gòu)部件參數(shù)化建模

參數(shù)化有兩方面的含義：一是指構(gòu)建的幾何尺寸的參數(shù)化，通過對(duì)尺寸添加標(biāo)簽就可以通過修改尺寸標(biāo)注來修改結(jié)構(gòu)部件尺寸,通過控制參數(shù)來改變結(jié)構(gòu)部件的形狀;二是指構(gòu)件之間的參數(shù)化，即某一構(gòu)件的刪除、修改尺寸、移動(dòng)等操作會(huì)引起與之相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件變化。

采用“公制常規(guī)模型.rft”族樣板文件和“自適應(yīng)公制常規(guī)模型.rft”族樣板創(chuàng)建的部分構(gòu)件族如圖2～圖7所示。

a) 一字型

a) II型彈條

a) 環(huán)框式洞門

a) 洞身樣式1

2.2 基于二次開發(fā)的參數(shù)化族自動(dòng)建立

對(duì)于城市軌道交通而言，BIM需要大量的模型構(gòu)件，通用方法是2.1節(jié)所示的手工建立各個(gè)構(gòu)件族，模型構(gòu)件的修改仍需要手工對(duì)模型進(jìn)行修改，效率低。利用Revit API的豐富接口，將構(gòu)件參數(shù)存儲(chǔ)到外部文件(如文本文件、Excel或數(shù)據(jù)庫中)，讀取外部數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)族輪廓、拉伸、放樣等的自動(dòng)創(chuàng)建，并根據(jù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)件的自動(dòng)修改和生成。

3 城市軌道交通線路模型組裝實(shí)現(xiàn)

3.1 模型組裝流程

城市軌道交通線路模型數(shù)據(jù)量極大，若一次性完成整條線路模型的加載、組裝，整體模型瀏覽和查看不順暢，嚴(yán)重影響模型使用效果。因此，根據(jù)線路設(shè)計(jì)信息，將線路劃分為多個(gè)區(qū)間，劃分規(guī)則如下：

1) 首先根據(jù)線路敷設(shè)方式將線路里程劃分為不同區(qū)間；

2) 若1)的區(qū)間過長(如線路均為地下隧道敷設(shè))，則進(jìn)一步按一定的里程長度劃分多個(gè)子區(qū)間。劃分示意圖如圖8所示。

圖8 按線路里程劃分為不同子區(qū)間示意圖

最后，根據(jù)線路各區(qū)間的線路中心線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息，按里程逐一加載各區(qū)間的線路模型(橋梁、隧道、軌道結(jié)構(gòu)模型等)到線路中準(zhǔn)確位置上，完成線路整體模型組裝。加載的基本流程如圖9所示。

3.2 模型組裝實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線路的BIM的組裝，首先需要確定加載區(qū)間，并根據(jù)該區(qū)間和獲取對(duì)應(yīng)的線路的空間位置信息，程序界面如圖10所示。在圖10中可選擇相應(yīng)的加載區(qū)間。其中各區(qū)間的中心線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，可自動(dòng)讀取。

將創(chuàng)建的族加載到項(xiàng)目中后,通過FilteredElement Collector函數(shù)收集所有的元素，遍歷所有的族，找到族后，根據(jù)空間關(guān)系，放置在相應(yīng)的位置。操作步驟如下：

1) 將建好的橋梁族、隧道族、軌道族以及扣件等載入到項(xiàng)目中。

圖9 加載族模型流程圖

圖10 線路數(shù)據(jù)管理

2) 根據(jù)線路中心線數(shù)據(jù)，在Revit中生成線路中心線模型。

3) 拾取線路中線作為一條線路，然后選中。

4) 使用RevitAPI，以.NET平臺(tái)編譯程序，實(shí)現(xiàn)族的自動(dòng)放置和拼裝。

部分運(yùn)行結(jié)果如圖11～圖13所示。

圖12 路基鋪裝軌道的運(yùn)行結(jié)果

4 結(jié)語

基于線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，采用Revit BIM平臺(tái)，利用Revit API軟件平臺(tái)二次開發(fā)技術(shù)，通過控制參數(shù)化方法和族模型外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，實(shí)現(xiàn)了線路結(jié)構(gòu)物族的快速創(chuàng)建和模型的自動(dòng)拼接。該建模方法能夠方便地通過改變族模型的控制參數(shù)，來修改族模型以更方便地適應(yīng)項(xiàng)目的需要。根據(jù)線路敷設(shè)方式劃分線路區(qū)間，通過區(qū)間分段加載，利用Revit軟件二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通線路所有結(jié)構(gòu)部件BIM的自動(dòng)組裝，建立了城市軌道交通線路三維BIM的快速拼接方法。為基于Revit平臺(tái)的線路模型深化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。